一种基于USB专用高速通信架构的数据采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于USB专用高速通信架构的数据采集系统，包括USB专用高速通信架构和上位机软件，其中USB专用高速通信架构与上位机软件连接；其中所述USB专用高速通信架构包括软硬件切换模块、片上可编程软件采集模块、上位机软件采集模块、物理按键触发采集模块、高速数据缓冲器和USB接口；其中所述软硬件切换模块用于监听来自片上可编程软件、上位机软件和物理按键的采集事件触发，并选择相应的数据采集模块进行数据采集，所述数据采集模块为片上可编程软件采集模块、上位机软件采集模块或物理按键触发采集模块；高速数据缓冲器用于缓存数据采集模块采集的数据并将之通过USB接口传输至上位机软件中保存。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据采集领域，更具体地，涉及一种基于USB专用高速通信架构的数据 采集系统。
技术介绍
随着无线通信系统的不断发展，数据采集在其中的验证过程中起着关键性的作 用。从某种意义上来说，数据采集系统就是采集其系统内部的数据信息，通过某种接口与PC 机相连，然后将其采集的数据以某种格式传送给PC机，根据不同的需要对原始数据进行相 应的计算和处理，得出所需的数据。然而，高速无线通信系统的数据传输速率高、冗余数据 量大，数据采集系统需要有高效率和高速的数据专用传输接口。因此，数据采集系统尽可能 采用高效智能传输的数据传输接口，以满足数据采集处理的智能处理和数据过滤。 传统的数据采集采用FPGA开发软件自带的逻辑分析软件对数据进行采集，首先需 要预先设定要捕获的信号、开始捕获的时间，以及要捕获多少样本数据。随着无线通信系统 的发展，需要采集的数据信号速率高达几百个Mbps，而且存在大量的冗余数据。如果继续使 用传统的数据采集系统，所采集到的数据将存在大量的冗余信息，不支持对所采集的数据 进行过滤和智能化处理，严重浪费了数据传输带宽。因此必须采用高效智能的数据采集系 统，实现数据采集处理的智能化处理和数据过滤，以提高科研人员的系统研发效率和灵活 性。随着USB接口技术的快速发展，USB接口已经成为了众多设备终端的标准接口，并广泛应 用于PC机之中。目前，USB 2.0理论上的最大传输速度是480Mbps，能实现数据的高速率传 输，高速USB接口与专用高速通信架构相结合在数据采集系统中有着很好的发展前景。 综合上述，USB专用高速通信架构的数据采集系统装置可以很好地实现高效率和 智能化的数据信息采集，在PC机上具有成熟稳定的兼容性，不仅能提高系统研发效率，而且 具有广泛的应用前景。
技术实现思路
技术问题：在设计无线通信系统的过程中，科研人员一般利用FPGA(Field - Programmable Gate Array)片上可编程软件捕获和显示实时数据信号，并监测其系统设计 中软硬件的工作状态。FPGA片上可编程软件获取实时数据的原理是在系统中引入逻辑单元 (LE，Logic Element)，以预先设定的时钟采样实时数据，并存储于系统中的随机存储器 (RAM, Random-Access Memory)，然后通过JTAG(Joint Test Action Group)传送回逻辑分 析软件分析。由此可见，FPGA片上可编程软件其实是在系统中添加了额外的模块来采集信 号。因此，使用FPGA片上可编程软件需要额外的空间代价，如果系统中剩余的RAM资源比较 充足，那么FPGA片上可编程软件可以一次采集较多的数据。相应地，如果FPGA资源已被系统 耗尽，则无法使用FPGA片上可编程软件进行调试。不仅如此，采用FPGA开发软件自带的逻辑 分析软件只能对预先设定的数据进行直接捕获，不能智能切换所采集的数据类型和对所采 集的数据进行过滤，因此该方案灵活性差，远远不能满足对无线通信信号的高效智能采集。 鉴于此，本专利技术提供一种基于USB专用高速通信架构的数据采集系统，该系统采用了与片上 可编程软件相结合的USB专用高速通信架构，主要由上位机软件和USB专用高速通信架构两 大部分组成，USB专用高速通信架构和上位机软件在结构上高内聚低耦合，不会消耗无线通 信系统的内部资源，而且本专利技术所设计的USB专用高速通信架构具有软硬件智能切换，可通 过片上可编程软件、上位机软件以及物理按键三种方式对数据进行智能化采集。 为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是： 一种基于USB专用高速通信架构的数据采集系统，包括USB专用高速通信架构和上位机 软件，其中USB专用高速通信架构与上位机软件连接； 其中所述USB专用高速通信架构包括软硬件切换模块、片上可编程软件采集模块、上位 机软件采集模块、物理按键触发采集模块、高速数据缓冲器和USB接口； 其中所述软硬件切换模块用于监听来自片上可编程软件、上位机软件和物理按键的采 集事件触发，并选择相应的数据采集模块进行数据采集，所述数据采集模块为片上可编程 软件采集模块、上位机软件采集模块或物理按键触发采集模块； 高速数据缓冲器用于缓存数据采集模块采集的数据并将之通过USB接口传输至上位机 软件中保存。 优选地，当软硬件切换模块监听到采集事件触发时，首先判断选择的数据采集模 块是否处于工作状态，若是则等待数据采集模块完成正在进行的事件后才输出使能信号使 其开始相应的数据采集。软硬件切换模块在数据采集模块处于工作状态时，须等待正在进 行的事件结束后方能输出使能信号并激活所对应的处理方式，以防止不同的采集事件同时 处理产生数据传输冲突。 优选地，所述软硬件切换模块包括2-4译码器、第一拨码开关Sl、第二拨码开关S2、 或非门逻辑电路、第一与门逻辑电路、第二与门逻辑电路、第三与门逻辑电路； 其中第一拨码开关S1、第二拨码开关S2分别与2-4译码器的两个输入端连接； 物理按键采集事件的触发端N1、片上可编程软件采集事件的触发端N2、上位机软件采 集事件的触发端N3均与或非门逻辑电路的输入端连接，或非门逻辑电路的输出端与2-4译 码器的EN端连接； 2-4译码器的三个输出端分别与第一与门逻辑电路、第二与门逻辑电路、第三与门逻辑 电路的第一输入端连接； 第一与门逻辑电路、第二与门逻辑电路、第三与门逻辑电路的第二输入端分别与物理 按键采集事件的触发端N1、片上可编程软件采集事件的触发端N2、上位机软件采集事件的 触发端N3连接； 第一与门逻辑电路、第二与门逻辑电路、第三与门逻辑电路的输出端分别与片上可编 程软件采集模块、上位机软件采集模块、物理按键触发采集模块的使能端Y1、Y2、Y3连接。 优选地，所述片上可编程软件采集模块采集得到数据后，对得到的数据进行去冗 余处理和可编程处理。 优选地，所述高速数据缓冲器包括数据接口和4个FIFO,所述4个FIFO组成环状的 循环结构，数据接口与其中一个FIFO连接，USB接口与另一个FIFO连接，数据接口连接的 FIFO与USB连接的FIFO首尾不相邻。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 本专利技术采用的基于USB专用高速通信架构的数据采集系统取代FPGA片上可编程软件， 利用上位机软件对无线通信系统中的数据进行采集，可以通过物理按键采集、片上可编程 软件采集、上位机软件采集等多种方式灵活地切换对不同数据的采集，同时还可以自由选 择所采集的数据类型为原始数据或有效数据，通过上位机软件、片上可编程软件将大量的 冗余数据智能过滤后，大幅提高了数据采集系统的数据传输效率。不仅如此，由于USB专用 高速通信架构和上位机软件相互独立，在结构上高内聚低耦合，在资源上独立分配，片上可 编程软件和数据采集系统均能发挥最高性能。【附图说明】 图1为数据采集系统的实现框图。 图2为软硬件切换模块的实现框图。图3为上位机软件的实现框图。图4为高速数据缓冲器的结构图。【具体实施方式】 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制； 以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。 实施例1 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图1~4及实施例，对本发 明的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于USB专用高速通信架构的数据采集系统，其特征在于：包括USB专用高速通信架构和上位机软件，其中USB专用高速通信架构与上位机软件连接；其中所述USB专用高速通信架构包括软硬件切换模块、片上可编程软件采集模块、上位机软件采集模块、物理按键触发采集模块、高速数据缓冲器和USB接口；其中所述软硬件切换模块用于监听来自片上可编程软件、上位机软件和物理按键的采集事件触发，并选择相应的数据采集模块进行数据采集，所述数据采集模块为片上可编程软件采集模块、上位机软件采集模块或物理按键触发采集模块；高速数据缓冲器用于缓存数据采集模块采集的数据并将之通过USB接口传输至上位机软件中保存。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永键，陆许明，谭洪舟，卢志豪，
申请(专利权)人：中山大学花都产业科技研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44